天气研究计划（2013-2020年）

优先主题 8：卫星、雷达等非常规资料的同化技术

针对 GRAPES 高分辨率中尺度系统，研发密集、局地中尺度加密观测资料（雷

达径向风及反射率因子、 GPS-Met、风廓线等）的同化技术，包括观测算子、资

料质量控制算法等；实现多种非常规资料在 GRAPES 同化系统中的有效业务应用，

包括多普勒雷达资料、风廓线仪资料等的直接同化；使用卫星雷达等多种观测资

料，改进云分析技术，实现高时空分辨率资料在临近预报系统中的融合与应用。

针对 GRAPES 全球系统，实现多种卫星资料（中国 FY—3、美国 NPP、欧洲

MetOp 卫星红外高光谱和微波垂直探测仪资料、 FY—3 微波成像仪资料、 FY—2

云导风资料、 GPS/PW 资料、不同国家或地区的 GPS/RO 资料、北斗卫星资料、卫

星主动探测资料、洋面风资料等）的直接同化；发展复杂下垫面条件下的卫星资

料同化技术；发展云区卫星资料同化技术；完善卫星资料高层通道观测偏差订正

技术，研究臭氧资料的同化，研究高层通道卫星观测与常规观测资料的融合。

优先主题 9： GRAPES 模式动力框架的改进与发展

以现有 GRAPES 模式为基础，发展守恒型半隐式半拉格朗日方法；改进垂直

坐标设计，完善气压梯度力计算方法；通过改进复杂地形下模式参考廓线构造和

“地形扣除”等技术，提高 GRAPES 在复杂地形区的计算精度；在 GRAPES 模式中

实现准均匀水平网格，改进 GRAPES 全球模式在极地地区的计算精度；将

GRAPES_GFS 模式顶提高至 0.1 百帕，评估模式垂直坐标对高层的影响。

优先主题 10：模式物理过程的改进与评估方法

研究分辨率提高至 1—3 千米条件下，模式物理过程的关键问题，包括网格

和次网格尺度降水过程的设计及其相互作用、垂直扩散过程/陆面过程与降水过

程的耦合等；通过不同观测资料（如卫星资料、其他外场观测资料等），改进云

的微物理过程、边界层过程和陆面过程，研究高分辨率模式中对流触发的关键机

制，研究对流方案闭合条件及对流与云的相互作用，提高 GRAPES 物理过程特别

是云过程在东亚季风条件下的预报能力；研究平流层关键物理/化学过程，改进

和发展平流层过程的数值描述；研究不同尺度复杂地形的相互影响；研究模式物

理过程和动力框架的耦合和反馈方法，提高物理过程反馈精度；建立针对物理过

程研发的检验平台，提高模式物理过程的研发效率。15

优先主题 11：数值预报支撑技术

发展模式空间检验技术和极端天气预报检验技术，发展针对高分辨率数值预

报系统的检验技术，建立 GRAPES 全球和区域的统一检验评估工具；基于 WMO 检

验新标准的数值预报模式检验系统优化改进；发展 GRAPES 模式精细化气象要素

后处理系统；研究针对 GRAPES 模式预报误差情况的误差订正新方法，为模式发

展和天气预报进步提供模式检验和后处理技术支持。

建立数值模式研发与试验的计算平台，实现研究平台与版本管理系统的交互

调用，提高试验的效率并进行跟踪管理；研究适用于 GRAPES 研发需求的测试参

数灵活配置和有效管理方法及技术，实现对 GRAPES 试验的高效管理；研究可靠、

合理的检验标准数据集，提供高效率访问和多种分析统计方法；建立 GRAPES 全

球、区域的业务/准业务平台，实现研发成果的高效业务化。

改进模式的并行计算方法，研究实现三维或更高维区域/功能分解技术；根

据不同计算条件实现动态的负载平衡技术；研究四维变分同化预报系统的并行

I/O 处理技术；实现变分同化、预报模式、线性切/伴随模式的一体化并行处理；

设计 GRAPES 双向嵌套技术，提高 GRAPES 在重点关注地区的精细化预报能力；实

现 GRAPES 系统的万核级高效率并行，并在中国气象局新一代高性能计算机上得

到有效应用。

优先主题 12：集合预报及其应用技术

GRAPES 全球集合预报奇异向量初值扰动和物理过程随机扰动业务化应用研

发，基于集合变分同化系统的初值扰动构造技术研究，多种初值扰动方法的比对，

GRAPES 全球 1—10 天集合预报业务系统的建立； GRAPES-Meso 区域集合预报混合

初值扰动方法和模式扰动方法研究,以 GRAPES-Meso 为核心的超级集合预报系统

构建及产品集成技术；台风集合预报初值扰动技术及产品集成研究；针对强对流

预报不确定性特点的对流尺度（ 1—3 千米）集合预报技术和产品研发；延伸期

（ 10—30 天）集合预报系统关键技术，海温扰动方法研究，为延伸期预报提供

集合预报产品；针对模式偏差订正和解释应用需求的再集合预报系统关键技术研

究；集合预报产品的深加工及解释应用技术，新产品研发及其应用技术。

优先主题 13：观测与预报互动及可预报性

研究数值模式对观测要素、观测布局的需求，研究数值预报对地面观测网布

局设计和观测要素的响应、高空观测网布局和观测资料对数值模式结果的影响，16

提出对影响我国特定区域的高影响天气的观测系统布局、建设或优化策略。利用

外场观测试验，建立观测—预报相互作用的试验系统，研究高影响天气的可预报

性；以 GRAPES-GFS 为主的模式预报系统性偏差的发展、演变追踪及误差特点，

东亚数值预报误差来源及预报退化原因分析；以用户需求为导向、基于多模式集

合预报产品的交互式预报技术应用研究。

优先主题 14：中国区域再分析预研究

中国及周边地区地面、海洋和高空历史常规观测资料整编与资料质量控制技

术，小时尺度气候序列均一性检验与订正技术，我国探空和飞机探测资料误差来

源识别及订正技术；卫星遥感仪器（如 MSU、 AMSUA、 FY-3 MWTS）定标预处理中

误差来源的诊断识别技术，偏差订正与质量控制技术，更高精度的静止卫星导风

高度指定算法和导风资料质量控制技术；我国及周边地区卫星及台站大气降水、

陆面积雪、土壤湿度资料的误差来源识别和客观质量控制及偏差订正技术；发展

地面 10 米风、 2 米气温和湿度、地面降水、地表温度、海温等观测资料的有效

同化及分析技术，多源资料融合技术，多源陆面水物质资料协调同化技术等。

（二）区域特色

区域观测网新型观测数据的同化技术；不同地区（如高原、寒区、旱区）的

陆面模式研究；反映区域特色的区域中尺度模式与降水物理过程的研发改进。青

藏高原大地形及其下游梅雨区大气边界层的分析和数值模拟研究以及边界层模

式湿过程的改进；依托长江中游暴雨监测外场试验基地，开展暖季降水的观测与

预报互动关键技术研究；依托高原试验，使用观测系统模拟试验（ Observing

System Simulation Experiment， OSSE），并与预报对观测敏感性的理论分析相

结合，确定影响青藏高原及其下游地区的观测敏感区等。

开展污染扩散及核应急相关专业模式研究；开展复杂地形效应、海陆效应及

其相互作用的参数化研究，开发考虑波浪、海洋飞沫影响的参数化方案。

领域 3：强对流天气预报

预期目标：加强对不同地域中尺度对流系统发生发展及其机理的认识；发展

基于多尺度资料，特别是高密度探测资料的中尺度对流天气监测分析和客观诊断

技术；发展分类（短历时强降水和阵风、冰雹、雷电等）强对流天气的客观诊断

识别及分等级预警预报技术，提升强对流天气的短期、短时临近预报准确率和精

细化水平，支撑强对流灾害性天气预警时效的延长。其解决的关键科技问题包括：17

中尺度对流系统的组织化发展及组织类型；对流监测、中尺度对流系统识别技术、

对流特征的图像识别技术；中尺度天气分析技术；中尺度天气的特征物理参数客

观分析技术及其典型物理模型；分类强对流天气发生发展的环境条件、触发因子

判别技术；分类强对流天气的识别、临近预报算法；基于观测外推和精细模式预

报的 2—6 小时短临预报技术；基于物理量统计和集合预报的强对流天气分类分

等级客观预报、概率预报及其检验技术。

（一）优先主题

优先主题 15：中尺度天气分析与诊断技术

中尺度强对流天气的特征物理参数及其指标体系本地化；强对流天气多尺度

环境场分析技术、天气尺度和中尺度分析技术规范；分类强对流天气的探空

T-LogP 图分析技术和规范；自动站、 GPS 水汽、风廓线等非常规资料的中尺度分

析技术；雷达、卫星、闪电定位等多源资料的综合监测和中尺度对流系统识别与

诊断技术；自动站、雷达、卫星、闪电定位仪等观测资料的综合应用技术；雷达

图像、卫星云图解译技术；利用雷达、卫星定量反演技术等的中尺度天气客观诊

断产品应用技术；强对流天气分析预报模拟软件及教学案例库。

优先主题 16：强对流天气监测和短临预报客观方法

基于多源观测资料的对流风暴初生监测技术；基于多源观测资料的强对流天

气系统及其演变和强对流天气分类分等级（雷电、冰雹、雷暴大风、短时强降水

等）监测和临近预报技术；基于非常规资料的强对流发生发展条件监测；多尺度

强风暴自动识别追踪、非线性自动外推预报技术；基于多源资料的多方法外推预

报集成技术；基于观测外推和中尺度数值预报的短临预报融合技术；边界层辐合

线概念模型定量化方法；短时临近预报系统（ SWAN）中相关算法的改进与发展；

雷电活动规律及其与各类强对流天气的关系研究；云闪和总闪资料在强对流天气

预报中的应用；雷电临近预报指标；短临预报的非常规检验新技术。

优先主题 17：强对流天气分类预报和概率预报方法

高分辨率强对流天气气候概率分布和分类强对流天气的特征物理量阈值区

间分布特征；基于实测资料和数值模式的数值预报偏差订正技术；基于模糊逻辑、

配料法、综合相似预报、逆向外推（ BP）人工神经元网、 GEM 模式法、支持向量

机等的强对流天气分类分等级（雷电、冰雹、雷暴大风、短时强降水等）预报技18

术和检验技术；冷涡和槽后强对流天气预报技术；中尺度数值集合预报成员的强

对流天气预报能力检验技术；中尺度集合预报针对分类强对流天气的特征物理量

合理表达技术；基于动力统计和集合预报的强对流天气概率预报；强对流天气风

险等级预报技术；强对流天气概率预报检验技术；强对流天气中期潜势预报技术。

优先主题 18：强对流天气发生发展的条件和机制

不同类型中尺度对流系统的结构和演变特征；强对流天气系统发生发展的动

力学、热力学过程及多尺度天气系统相互作用；复杂地形、下垫面对雷暴及强对

流天气生消发展影响的机理，以及中小尺度天气系统的相互作用机理；边界层辐

合线或局地环流对强对流天气发生发展的作用；东风波与台前强对流天气发生发

展机理；副高边缘及内部强对流天气发生发展机理；弱天气尺度强迫情况下对流

系统的发生发展和演变；华南低空急流背景下中尺度对流系统的形成发展机理；

热带气旋螺旋雨带中对流活动机理。

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